Double Helix

Definiție

Double helix este termenul folosit pentru a descrie forma moleculei noastre ereditare, ADN. Această structură instantaneu recognoscibilă este formată din două șiruri de ADN răsucite unul în jurul celuilalt și conectate în centru prin legături de hidrogen. Legăturile de hidrogen se formează între nucleotide – unitatea repetitivă a ADN-ului și limbajul codului genetic.

Structura de dublă elice a ADN-ului a fost descoperită în cadrul unor cercetări de referință atribuite lui James Watson și Francis Crick în anii 1950. Această descoperire este considerată unul dintre cele mai importante progrese în biologie de până acum. Povestea descoperirii dublei elice a ADN-ului are atașate și unele controverse, cu afirmații conform cărora oamenii de știință implicați nu au reușit să recunoască contribuțiile altora, și anume ale lui Rosalind Franklin.

O privire de ansamblu asupra structurii ADN-ului

Care șir de ADN este alcătuit dintr-o serie de unități repetitive numite nucleotide. Prin urmare, fiecare catenă de ADN este denumită polinucleotidă. Aceste nucleotide sunt formate din trei componente:

• un zahăr cu cinci atomi de carbon (deoxiriboză)
• o grupare fosfat
• o bază azotată

Carbonatul 4 al zahărului deoxiriboză de la o nucleotidă formează o legătură fosfodiester cu grupa fosfat a bazei adiacente. Aceasta formează baza coloanei vertebrale zahăr-fosfat a șirului de ADN.

Bazele azotate sunt „limbajul” ADN-ului. Există patru baze azotate în ADN: guanina (G), adenina (A), timina (T) și citosina (C). Acestea pot fi împărțite în două grupe în funcție de structura lor. Guanina și adenina sunt purine, cu un inel de azot cu două atomi de carbon; iar timina și citozina sunt pirimidine, cu un inel de azot cu un singur atom de carbon.

Combinația acestor patru litere în moleculele de ADN este ceea ce numim codul genetic, iar acest cod conține toate instrucțiunile pentru construirea și funcționarea unui întreg organism!

Care dintre aceste șiruri de polinucleotide este împerecheat cu un șir complementar și se înfășoară unul în jurul celuilalt pentru a forma structura de dublă helix. Cum a fost descoperită această structură complexă?

Descoperirea structurii de dublă elice a ADN

Descoperirea structurii de dublă elice a ADN este una dintre cele mai importante și cunoscute descoperiri științifice. Descoperirea a fost atribuită lui James Watson, un biolog, și lui Francis Crick, un fizician, în anii 1950. Aceștia au câștigat ulterior Premiul Nobel pentru cercetările lor, împreună cu Maurice Wilkins, care este adesea trecut cu vederea pentru rolul său important în cercetările care au dus la descoperire. De fapt, autobiografia sa se intitulează „Al treilea om al dublei elice”.

Înainte de publicarea descoperirilor lor, se efectuaseră deja multe cercetări și se făcuse o oarecare lumină asupra compoziției ADN-ului. De exemplu, se știa deja că ADN-ul este compus din nucleotide și că raportul dintre purine: pirimidine într-o moleculă de ADN este egal (cunoscut sub numele de regula lui Chargaff).

Watson și Crick au derivat modelul lor prin punerea acestor dovezi, precum și a datelor de cristalografie cu raze X colectate de Rosalind Franklin, într-o structură care să satisfacă parametrii tuturor dovezilor colectate anterior. Ei au folosit o serie de modele din carton, construindu-le cu grijă până când au format o structură care să aibă sens. Prin aceasta, au creat un model care, în general, este considerat precis zeci de ani mai târziu. Puteți citi lucrarea originală, completă cu adnotări, aici.

După ce și-au finalizat cercetările, se presupune că au avut un moment „eureka”, iar Crick a alergat la pub-ul lor local din Cambridge pentru a anunța că el și Watson au „descoperit secretul vieții.”

Pub-ul, numit The Eagle, a ridicat o placă în interior și una în exterior pentru a comemora ocazia. Placa a fost modificată la un moment dat de un membru al publicului, care a adăugat „+ Franklin în semn de recunoaștere a rolului important jucat de Rosalind Franklin!

Caracteristicile structurii dublei elice a ADN-ului

Câteva dintre caracteristicile importante ale modelului Watson/Crick al dublei elice a ADN-ului includ:

Direcționalitatea elicei

O singură moleculă de ADN constă din două șiruri care se răsucesc unul în jurul celuilalt pentru a forma o elice. Elixul se rotește aproximativ o dată la fiecare zece nucleotide. Direcția helixului este aproape întotdeauna spre dreapta, adică, dacă vă imaginați cele două șiruri ca pe o scară în spirală pe care urmează să coborâți, ar trebui să vă întoarceți spre dreapta pentru a coborî. Partea exterioară a spiralei conține catenele de ADN, iar miezul spiralei conține bazele azotate.

Încrucișarea bazelor complementare

Când nucleotidele din fiecare catenă suferă o legătură de hidrogen, ele o fac într-un mod special. Adeninele sunt întotdeauna împerecheate cu timinele și citosinele și întotdeauna împerecheate cu guaninele. Există trei legături de hidrogen între guanină și citosină și două legături de hidrogen între timine și guanine. Astfel, se spune că șirurile de ADN sunt complementare unul față de celălalt.

Codul genetic

Succesiunea nucleotidelor este variabilă între organisme și este cea care deține informația genetică și face ca fiecare organism să fie unic. Secvența de ADN se propagă între generații. Astfel, secvența ADN este esențială pentru continuarea vieții.

Orientare antiparalelă

Cuvintele ADN se desfășoară antiparalel unul față de celălalt. Acest lucru înseamnă că, la capătul unei anumite molecule, o catenă se termină pe o grupare fosfat (numită 5′, deoarece grupa fosfat este atașată la al cincilea carbon), iar cealaltă catenă se termină pe o grupare hidroxil (numită 3′, deoarece grupa OH se află pe al treilea carbon). Opusul este valabil pentru celălalt capăt al moleculei.

Surghiuri majore și minore

Structura ADN-ului înseamnă că coloana vertebrală a celor două șiruri este mai apropiată pe o parte a helixului decât pe cealaltă. Acolo unde acestea sunt mai apropiate, structura se numește canelură majoră. Acolo unde sunt mai depărtate, structura se numește canelura minoră.

Aceste laturi sunt importante din punct de vedere funcțional, deoarece anumite proteine se leagă în mod preferențial de canelura majoră. Aceste proteine sunt, de obicei, factori care trebuie să interacționeze cu nucleotidele, cum ar fi factorii de transcripție sau enzimele de replicare a ADN-ului. În schimb, alte proteine care nu au nevoie de specificitatea secvenței vor interacționa cu șanțul minor.

Enzima de dezarhivare

Pentru ca ADN-ul să fie transmis la următoarea generație, trebuie să fie copiat. Pentru a fi replicat cu fidelitate, dubla elice trebuie să fie derulată sau desfăcută, astfel încât mașinăria celulară să aibă acces la secvența de nucleotide. Această desfacere este realizată de enzima elicază.

Funcția elicazei este de a remodela structura ADN-ului prin ruperea legăturilor de hidrogen dintre nucleotidele împerecheate. ADN-elicaza este, de asemenea, importantă în timpul reparării leziunilor ADN și în timpul procesului de transcripție.

Structuri alternative ale ADN-ului

Modelul lui Watson și Crick se referă la cea mai comună structură a ADN-ului, numită B-ADN. Alte două conformații ale ADN-ului sunt mult mai rare în natură: Z-DNA și A-DNA. Z-DNA este un helix stângaci, fără diferențe puternice care să definească canelurile majore și minore. A-DNA are o structură mult mai asemănătoare cu cea a B-DNA, dar este mai comprimată și mai compactă.

Cercetări

Bibliografie

.